專利名稱：一種鋼桁架拱橋風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷闹苽浞椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼桁架拱橋風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ?，尤其是一種鋼桁架拱橋風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷闹苽浞椒ā?br> 背景技術(shù)：
風(fēng)洞試驗，是指在風(fēng)洞中安置飛行器或其他物體模型，研究氣體流動及其與模型的相互作用，以了解實際飛行器或其他物體的空氣動力學(xué)特性的一種空氣動力實驗方法。大跨鋼桁架拱橋是風(fēng)敏感型結(jié)構(gòu)體系，風(fēng)荷載是此類型拱橋設(shè)計的控制荷載之一。故在該橋梁設(shè)計過程中，設(shè)計模型進行橋梁風(fēng)洞試驗，研究和試驗其抗風(fēng)性能顯得很有必要。目前在國內(nèi)外開展鋼桁架拱橋風(fēng)洞全橋氣彈模型風(fēng)洞試驗甚少。因為風(fēng)洞試驗時，不可能采用原橋大小的橋梁模型，只能采用體積比例縮小后的橋梁模型，這種橋梁模型要能夠測試出實際橋梁的抗風(fēng)能力，就必須在設(shè)計橋梁模型時，使其剛度、質(zhì)量系統(tǒng)和幾何外形能夠滿足相似比原則。實際設(shè)計時，要滿足上面所述的相似比原則，難度極大。鋼桁架拱結(jié)構(gòu)被縮尺后，無法采用單獨等效的每根桁架桿件來滿足氣彈試驗要求。故現(xiàn)有的橋梁模型會導(dǎo)致試驗結(jié)果精確度低，難以用于實際橋梁抗風(fēng)性能的評估。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題和不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是怎樣提供一種制造方便，成本低廉，利于實施且能夠提高風(fēng)洞試驗準確度的橋梁風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷闹苽浞椒?。為了解決上述問題，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案。一種鋼桁架拱橋風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷闹苽浞椒?，其特征在于，包括以下步驟，a、先根據(jù)做試驗的風(fēng)洞大小及實橋尺寸，確定實體模型外形縮小尺寸比例數(shù)值和縮小后的外形數(shù)值，該數(shù)值需確保制得的橋梁模型能夠用于該風(fēng)洞進行試驗山、再根據(jù)風(fēng)洞試驗相似原理，計算確定實體模型(即試驗?zāi)Ｐ?的剛度和質(zhì)量的縮小比例數(shù)值和實際縮小后的剛度數(shù)值和質(zhì)量數(shù)值；C、采用集中剛度法設(shè)計并制作鋼骨架作為實體模型核心件，該鋼骨架的剛度數(shù)值與計算得到的試驗?zāi)Ｐ蛣偠葦?shù)值一致，鋼骨架的外形數(shù)值在長度方向上與計算得到的試驗?zāi)Ｐ烷L度方向外形數(shù)值一致，在寬度方向上小于計算得到的試驗?zāi)Ｐ蛯挾确较蛲庑螖?shù)值，鋼骨架質(zhì)量及質(zhì)量慣性矩數(shù)值小于計算得到的試驗?zāi)Ｐ蛿?shù)值，鋼骨架上沿長度方向間隔設(shè)置有若干向周向延伸出的支撐桿；d、增加配重塊到鋼骨架上，使其質(zhì)量及質(zhì)量慣性矩數(shù)值與計算得到的試驗?zāi)Ｐ蛿?shù)值一致(其中質(zhì)量慣性矩數(shù)值應(yīng)盡量保持一致)；e、再采用輕質(zhì)板材拼接成若干套筒式結(jié)構(gòu)的外衣，外衣分段套接在鋼骨架外并固定在支撐桿上并形成試驗?zāi)Ｐ偷耐庑?，其外形與計算得到實體模型的外形數(shù)值一致，為避免外衣提供剛度特采取每相鄰兩段外衣之間留有間隙等措施。
本方法中，采用單獨加工一個鋼骨架作為核心件，使其單獨滿足模型剛度系統(tǒng)的 要求，然后采用增加配重塊的方式滿足模型質(zhì)量系統(tǒng)的要求，最后單獨設(shè)置輕質(zhì)的板材作 為外衣，使其滿足外形系統(tǒng)的要求，由于板材為塑料板或木板等制成的輕質(zhì)板材，基本不會 對質(zhì)量系統(tǒng)產(chǎn)生影響，相鄰兩段外衣之間留有間隙，故外衣也基本不會對剛度系統(tǒng)產(chǎn)生影 響。這樣即解決了以往的橋梁模型在剛度、質(zhì)量系統(tǒng)和幾何外形三方面難以匹配的問題；即 可同時滿足橋梁模型在剛度、質(zhì)量系統(tǒng)和幾何外形三方面的相似比，使制得模型的阻尼系 數(shù)能夠最大程度地接近原橋阻尼系數(shù)，提高了風(fēng)洞試驗準確度。
綜上所述，本方法制得的橋梁風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ湍軌蚝芎玫貪M足橋梁模型在剛度、質(zhì) 量系統(tǒng)和幾何外形三方面的相似比，能夠更好地符合風(fēng)洞試驗要求，提高了風(fēng)洞試驗準確 度。同時，本方法還具有制造方便，成本低廉，利于實施等優(yōu)點。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。
具體實施時，一種鋼桁架拱橋風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷闹苽浞椒ǎㄒ韵虏襟E，a、先根 據(jù)做試驗的風(fēng)洞大小及實橋尺寸，確定實體模型外形縮小尺寸比例數(shù)值和縮小后的外形數(shù) 值，該數(shù)值需確保制得的橋梁模型能夠用于該風(fēng)洞進行試驗山、再根據(jù)風(fēng)洞試驗相似原理， 計算確定實體模型的剛度和質(zhì)量的縮小比例數(shù)值和實際縮小后的剛度數(shù)值和質(zhì)量數(shù)值；C、 采用集中剛度法設(shè)計并制作鋼骨架作為實體模型核心件，鋼骨架為拱圈等變截面的鋼骨 架，使得該鋼骨架的剛度數(shù)值與計算得到的試驗?zāi)Ｐ蛣偠葦?shù)值一致，鋼骨架的外形數(shù)值在 長度方向上與計算得到的試驗?zāi)Ｐ烷L度方向外形數(shù)值一致，在寬度方向上小于計算得到的 試驗?zāi)Ｐ蛯挾确较蛲庑螖?shù)值，鋼骨架質(zhì)量及質(zhì)量慣性矩數(shù)值小于計算得到的試驗?zāi)Ｐ蛿?shù) 值，鋼骨架上沿長度方向間隔設(shè)置有若干向周向延伸出的支撐桿；d、增加配重塊到鋼骨架 上，使其質(zhì)量及質(zhì)量慣性矩數(shù)值與計算得到的試驗?zāi)Ｐ蛿?shù)值一致(其中質(zhì)量慣性矩數(shù)值應(yīng) 盡量保持一致，具體實施時，使其相差不超過5%) ;e、再采用輕質(zhì)板材拼接成若干套筒式結(jié) 構(gòu)的外衣，外衣分段套接在鋼骨架外并固定在支撐桿上并形成試驗?zāi)Ｐ偷耐庑?，其外形與 計算得到的外形數(shù)值一致，為避免外衣提供剛度特采取每相鄰兩段外衣之間留有間隙等措 施。
具體實施時，b步驟中，所謂風(fēng)洞試驗相似原理，是指用于風(fēng)洞試驗的模型和原型 相比，外形等比例縮小的基礎(chǔ)上，其它參數(shù)比例調(diào)整應(yīng)該使得模型的阻尼比和實際原型阻 尼比相同，這樣才能確保風(fēng)洞試驗?zāi)M的情況能夠反應(yīng)出實際情況。此原理和具體計算過 程屬于現(xiàn)有技術(shù)(如果不是，請補充介紹具體計算過程)。C步驟中，采用集中剛度法設(shè)計和 制造鋼骨架，即指模型的剛度完全由鋼骨架提供。此鋼骨架可以是通過有限元軟件(如 ANSYS)建模分析設(shè)計的，它不但能滿足彎曲剛度、軸向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的相似比要求，而且 由其構(gòu)成的模型動力特性與實橋動力特性也同樣滿足相似準則。其具體設(shè)計方式為現(xiàn)有技 術(shù)，可以通過編寫C語言程序不斷試算，再通過有限元軟件(如ANSYS)建模反復(fù)驗證分析 設(shè)計的，不在此詳述。其制作方式可以在車間加工，采用模具澆筑成型的方式得到鋼骨架。 采用鋼骨架作為核心件，可以確保剛度系統(tǒng)滿足模型要求的同時，其重量和外形方面尚未 超出模型要求，以利于設(shè)計配重塊和外衣使其重量和外形兩方面滿足風(fēng)洞試驗相似要求。D步驟中，根據(jù)質(zhì)量以及質(zhì)量慣性矩相似比，將計算好的零散鉛塊用AB膠分散貼于模型的計算指定上以補全其質(zhì)量及質(zhì)量慣性矩。E步驟中，所述輕質(zhì)板材制得的外衣可以是采用塑料板或木板等較輕的材料制得，可以盡量降低對質(zhì)量系統(tǒng)的影響，外衣與支撐桿之間采用嵌入固結(jié)使其連接牢靠，每一節(jié)支撐桿上固定一段外衣，每相鄰兩段外衣之間留有間隙，間隙優(yōu)選為1mm，使其斷開，以盡量降低對剛度系統(tǒng)的影響。本方法能夠較準確的模擬橋梁結(jié)構(gòu)氣動外形、質(zhì)量系統(tǒng)和剛度系統(tǒng)，從而使得橋梁氣彈模型設(shè)計切實可行。其具體實施時，可以適用于整橋模型、或半橋模型或僅僅橋梁部分模型的風(fēng)洞試驗。制得的實體模型經(jīng)振動測試，其振動頻率和根據(jù)相似比原理計算出的振動頻率能夠相差不超過5%，故用于橋梁風(fēng)洞試驗?zāi)軌蚝芎玫啬M反應(yīng)橋梁實際情況，為橋梁的設(shè)計和建設(shè)提供可靠的試驗參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種鋼桁架拱橋風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷闹苽浞椒?，其特征在于，包括以下步驟，a、先根據(jù)做試驗的風(fēng)洞大小及實橋尺寸，確定實體模型外形縮小尺寸比例數(shù)值和縮小后的外形數(shù)值，該數(shù)值需確保制得的橋梁模型能夠用于該風(fēng)洞進行試驗；b、再根據(jù)風(fēng)洞試驗相似原理， 計算確定實體模型的剛度和質(zhì)量的縮小比例數(shù)值和實際縮小后的剛度數(shù)值和質(zhì)量數(shù)值；C、 采用集中剛度法設(shè)計并制作鋼骨架作為實體模型核心件，該鋼骨架的剛度數(shù)值與計算得到的試驗?zāi)Ｐ蛣偠葦?shù)值一致，鋼骨架的外形數(shù)值在長度方向上與計算得到的試驗?zāi)Ｐ烷L度方向外形數(shù)值一致，在寬度方向上小于計算得到的試驗?zāi)Ｐ蛯挾确较蛲庑螖?shù)值，鋼骨架質(zhì)量及質(zhì)量慣性矩數(shù)值小于計算得到的試驗?zāi)Ｐ蛿?shù)值，鋼骨架上沿長度方向間隔設(shè)置有若干向周向延伸出的支撐桿；d、增加配重塊到鋼骨架上，使其質(zhì)量及質(zhì)量慣性矩數(shù)值與計算得到的試驗?zāi)Ｐ蛿?shù)值一致；e、再采用輕質(zhì)板材拼接成若干套筒式結(jié)構(gòu)的外衣，外衣分段套接在鋼骨架外并固定在支撐桿上并形成試驗?zāi)Ｐ偷耐庑?，其外形與計算得到實體模型的外形數(shù)值一致，每相鄰兩段外衣之間留有間隙。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼桁架拱橋風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷闹苽浞椒ǎ洳捎眉袆偠确ㄔO(shè)計并制作拱圈等變截面鋼骨架作為實體模型核心件，使其滿足剛度系統(tǒng)數(shù)值，然后采用增加配置塊使其滿足質(zhì)量系統(tǒng)數(shù)值，最后設(shè)置分段式外衣使其滿足外形數(shù)值，這樣就能夠很好地滿足橋梁模型在剛度、質(zhì)量系統(tǒng)和幾何外形三方面的相似比，能夠更好地符合風(fēng)洞試驗要求，提高了風(fēng)洞試驗準確度。同時，本方法還具有制造方便，成本低廉，利于實施等優(yōu)點。
文檔編號G01M9/08GK103063401SQ20121058791
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者王承啟 申請人:重慶交通大學(xué)